專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種已知類型的熱交換器，如下流式再沸器或降膜式蒸發(fā)器，其中熱交換發(fā)生在相鄰的互換式熱交換通道中流動(dòng)的兩種流體之間。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及這樣一種熱交換器，其中兩種流體中的一種液體作為液膜由開槽的分配隔板分布在熱交換通道中。更具體地，本發(fā)明涉及這樣一種熱交換器，其中液膜通過(guò)密度不斷增加的瓦楞形翅片材料制成的設(shè)備而分布在熱交換通道中。具體地，本發(fā)明涉及這樣一種熱交換器，其中液膜的分布首先是由分配隔板設(shè)備實(shí)現(xiàn)，然后由瓦楞形翅片材料設(shè)備實(shí)現(xiàn)。
已知的下流式再沸器以及降膜式蒸發(fā)器都被用作工具，以間接在兩種流體、(一般為液體和蒸汽)之間傳遞熱量。這類熱交換器經(jīng)常由多個(gè)平行板片構(gòu)成以形成交替的熱交換通道而間接在兩種流體中進(jìn)行熱交換。在將熱傳遞到液體中的情況下，熱傳遞效率是通過(guò)在液體熱交換通道中產(chǎn)生一下降的液膜而獲得的。為了進(jìn)一步提高效率，熱交換通道中可設(shè)有多片瓦楞形翅片材料以在熱交換通道中形成多條垂直方向的通道。這些通道使液膜的流動(dòng)面積增加，因而使可發(fā)生熱交換的作用區(qū)域增大。
顯然，在液體簡(jiǎn)單地向下流過(guò)熱交換通道而沒有形成膜的情況下，熱交換效率將下降。另外，這種熱交換器的全部潛在的熱交換效率在液膜沒有在由瓦楞形翅片材料構(gòu)成的通道中形成的情況下，也不能獲得。
如上所述的，本發(fā)明提供了一種液膜分布裝置以加強(qiáng)在熱交換通道和由位于熱交換通道中的瓦楞形翅片材料形成的通道中形成和保持液膜。
一方面，本發(fā)明提供了一種用來(lái)間接在第一和第二種流體中進(jìn)行熱交換的熱交換器。該熱交換器包括多個(gè)垂直方向的、隔開的管壁，而在管壁之間形成多個(gè)交替的第一和第二通道以分別在一次間接熱傳遞關(guān)系中容納第一和第二種流體。設(shè)置第一入口和出口裝置以分別將第一種流體引入第一通道并從中排出。開槽的分配隔板位于形成第二通道的管壁之間。開槽的分配隔板具有隔開的、垂直方向的槽以使液體對(duì)著形成第二通道的管壁流動(dòng)，從而加強(qiáng)在管壁上形成液膜。設(shè)置第二個(gè)出口裝置，用來(lái)在已利用第一流體間接進(jìn)行熱交換之后，將第二種流體從第二管道中排出。
另一方面，本發(fā)明提供了一種用來(lái)在第一和第二種流體之間進(jìn)行熱交換的熱交換器。該熱交換器有多個(gè)垂直方向隔開的管壁，形成多個(gè)位于管壁之間的交替的第一和第二通道以分別容納成間接熱傳遞關(guān)系的第一和第二種流體。第一種瓦楞形翅片材料位于第一和第二通道中以形成垂直方向的、用于液膜下流的通道。設(shè)置第一入口和出口裝置以將第一種流體引入第一通道并將之排出。設(shè)置第二入口和出口裝置以將第二種流體、液體引入第二通道。在所述垂直方向的通道上方和所述第二通道中的至少兩段處，分別包含著第二和第三瓦楞形翅片材料。第二瓦楞形翅片材料位于所述第三瓦楞形翅片材料上方。第三瓦楞形翅片材料的瓦楞密度大于第二瓦楞形翅片材料的，但小于第一瓦楞形翅片材料的，而將液膜分配到位于所述第二通道中的垂直方向通道內(nèi)。設(shè)置第二出口裝置用來(lái)在已經(jīng)與第一種流體間接進(jìn)行熱交換之后將第二種流體從第二管道排出。
本發(fā)明還包括可采用上述兩方面的結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)一步加強(qiáng)液膜形成的分配。需要注意的是本文所用的以及權(quán)利要求中所用的“密度”一詞是指瓦楞形翅片材料的單位長(zhǎng)度上的折痕或瓦楞數(shù)量。
雖然說(shuō)明書和權(quán)利要求書清楚地指出了屬于本發(fā)明的主題，但通過(guò)結(jié)合附圖的以下描述將可以更好地了解本發(fā)明；其中

圖1是本發(fā)明的熱交換器的截面圖，它是沿著圖2中的線1-1所截得的；圖2是沿圖1中線2-2的截面圖；以及圖3是本發(fā)明的熱交換器的局部示意圖，圖中部分被拆去以示出這種熱交換器的內(nèi)部組件。
參見圖1和2所示，圖中示出了本發(fā)明的熱交換器1。所示出的熱交換器使用時(shí)與一貯液槽連接。該貯液槽可簡(jiǎn)單地是封住熱交換器1的罐或者如在具有雙蒸餾塔的低壓塔中用來(lái)容納液氧的貯液槽。
熱交換器1用來(lái)在第一和第二種流體之間進(jìn)行熱交換，流體可以是氮?dú)夂鸵貉酢榇?，設(shè)置了多個(gè)垂直方向隔開的管壁10以分別構(gòu)成多個(gè)交替的第一和第二通道12和14。管壁10夾在垂直方向的分配隔板15之間，從而將第一和第二通道12和14在它們的橫向邊緣處密封。熱交換器1的側(cè)邊由側(cè)壁16構(gòu)成，它們都在其橫向邊緣處連接到垂直分配隔板上以密封第一通道12的最外層。
第一管道12在頂部和底部由分別位于頂部和底部第一通道12處的頂部和底部分配隔板17和18密封。第一種流體，例如要冷凝的氮?dú)膺M(jìn)入具有入口22的第一入口集合管20。一般地，已經(jīng)進(jìn)入入口集合管20的氮?dú)馊缓笥伤椒较虻耐呃阈纬崞牧?4沿水平方向?qū)?。傾斜的瓦楞形翅片材料26水平方向流動(dòng)的氮引到一較垂直的方向以容納在第一通道12中。為了增大熱傳遞的表面積，各個(gè)第一和第二通道都包含第一瓦楞形翅片材料28。在第一通道12中的液化之后，藉由傾斜的瓦楞形翅片材料30和水平的瓦楞形翅片材料32將生成的液體從垂直方向折返成水平方向。液氮然后從第一通道12中藉由具有排出口36的第一出口集合管34排出。
第一入口集合管20和第一出口集合管34都連接到垂直方向的分配隔板15上。如圖所示的，用于密封第一通道12的垂直方向的分配隔板15交錯(cuò)排列以允許第一種流體從第一入口集合管20進(jìn)入第一通道，然后從第一通道12被排到第一出口集合管34。
第二種流體(為圖示清楚起見，可以是液氧)經(jīng)過(guò)具有入口46的第二入口集合管44進(jìn)入儲(chǔ)槽42。儲(chǔ)槽42由第二入口集合管44形成在一側(cè)邊上，由一端板47形成在另一側(cè)邊上。側(cè)壁16的尺寸延伸到第一和第二通道12、14上方以形成儲(chǔ)槽42的橫向側(cè)邊。液體流過(guò)一具有開口50的鉆孔基板48到達(dá)第二通道14，在該處液體冷凝成一膜并且與在第一管道12中經(jīng)過(guò)的第一種流體進(jìn)行間接的熱交換。如圖所示的，第二通道14在熱交換器1的底部是打開的以使沒有汽化的液體流入與圖示的熱交換器1連接的貯液槽中。因此，雖然圖中未示，但用來(lái)與第二通道14連接的分配隔板15延伸到第二通道14的整個(gè)長(zhǎng)度上。本技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，如果熱交換器1不是與一貯液槽一起使用，則要設(shè)置一出口集合管或類似的裝置以從熱交換器1引出液體。
另外參見圖3所示，經(jīng)過(guò)開口50的液體流到開槽的分配隔板50上，各個(gè)分配隔板可具有長(zhǎng)度方向延伸的尖端56。形成在各個(gè)分配隔板54的側(cè)邊中的交錯(cuò)槽58的交替排列使液體可向下流動(dòng)并且到達(dá)管道10，以開始生成液膜。應(yīng)當(dāng)理解，尖端56也可以省略，這樣開槽的分配隔板54可以是平的。在分配隔板54的任何一種實(shí)施例中，交錯(cuò)的槽58可保證液體覆蓋在各個(gè)第二通道14的整個(gè)長(zhǎng)度上，以便完全利用第二通道14。
如上所述的，第一瓦楞形的翅片材料28設(shè)置在第一和第二通道12和14上。第一瓦楞形翅片材料28的瓦楞在各個(gè)第一和第二通道12和14中形成垂直通道。為了在如此多的垂直通道中盡可能多地形成液膜，可設(shè)置第二、第三和第四瓦楞形翅片材料60、62和64以進(jìn)一步分配在開槽分配隔板54上生成的液膜。第二瓦楞形翅片材料62的密度小于下層的第三瓦楞形翅片材料64。間設(shè)在第一和第二瓦楞形翅片材料60和62之間的第四瓦楞形翅片材料64的密度大于第一瓦楞形翅片材料60，但小于第二瓦楞形翅片材料62。瓦楞形翅片材料的這種結(jié)構(gòu)安排保證了下降的液膜在其經(jīng)過(guò)瓦楞形翅片材料的這些片段下降的過(guò)程中，是被逐漸增多分配的。為了適當(dāng)將液膜分配到由第一瓦楞形翅片材料28形成的垂直通道中，第二瓦楞形翅片材料62的密度應(yīng)不大于第一瓦楞形翅片材料28。
這種多區(qū)域安裝翅片(如上所述的)可由瓦楞形翅片材料的兩個(gè)區(qū)域構(gòu)成，第一區(qū)域的材料密度小于下層的第二區(qū)域。而且，如上所述的，這種多區(qū)域分配可以單獨(dú)采用或者與液膜分配方式相結(jié)合，而與開槽分配隔板54無(wú)關(guān)。
雖然已結(jié)合一較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了描述，但對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言，只要不脫離本發(fā)明的精神和范圍，還可有多種添加、變化和省略形式。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)在第一和第二流體之間進(jìn)行熱交換的熱交換器，所述熱交換器包括多個(gè)垂直方向隔開的管壁，以形成位于所述管壁之間的交替的多個(gè)第一和第二通道，以分別容納成間接熱交換關(guān)系的所述第一和第二流體；第一入口和出口裝置，分別用來(lái)將所述第一流體引入所述第一通道并從中排出；所述入口裝置，用來(lái)將作為液體的所述第二流體引入所述第二通道；位于形成所述第二通道的所述管壁之間的開槽的分配隔板，所述開槽分配隔板具有隔開的垂直槽，以使所述液體對(duì)著形成所述第二通道的所述管壁流動(dòng)，從而加強(qiáng)在所述管壁上形成液膜；以及第二出口裝置，用來(lái)在已經(jīng)與所述第一流體間接進(jìn)行熱交換之后，將所述第二種流體從所述第二通道中排出。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，還包括位于第一和第二通道中的第一瓦楞形翅片材料，用來(lái)形成用于液膜的向下流動(dòng)的垂直通道；位于所述垂直通道和所述開槽分配隔板之間的上方、以及在所述第二通道中的至少有兩段，分別包含有第二和第三瓦楞形翅片材料；所述第二瓦楞形翅片材料位于所述第三瓦楞形翅片材料上方；以及所述第三瓦楞形翅片材料具有大于所述第二瓦楞形翅片材料的瓦楞密度，并且小于所述第一瓦楞形翅片材料，用來(lái)將所述液膜分配到位于所述第二通道中的所述垂直通道中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱交換器，其特征在于，各個(gè)所述開槽分配隔板具有長(zhǎng)度方向延伸的尖端以使所述液體向所述槽流動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于，所述各個(gè)開槽分配隔板上的各邊上的槽互相隔開成交替狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的熱交換器，其特征在于，所述出口裝置包括在所述熱交換器的底部打開的所述第二通道。
6.如權(quán)利要求5所述的熱交換器，其特征在于，各個(gè)所述第一入口和出口裝置包括一集合管，以將所述第一流體分配到所述第一通道中、瓦楞形翅片材料以水平地引導(dǎo)所述第一流體以及傾斜的瓦楞形翅片材料以幫助所述第一流體從水平流動(dòng)折返成垂直流動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的熱交換器，其特征在于，所述管壁包括多個(gè)隔開的板。
8.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于，還包括位于所述第二和第三瓦楞形翅片材料之間的第四瓦楞形翅片材料，其密度介于所述第二和第三瓦楞形翅片材料的瓦楞密度之間。
9.一種用于在第一和第二種流體之間進(jìn)行熱交換的熱交換器，所述熱交換器包括多個(gè)垂直方向隔開的管壁，形成位于所述管壁之間的多個(gè)交替的第一和第二通道，以分別容納成間接熱交換關(guān)系的第一和第二流體；位于第一和第二通道中的第一瓦楞形翅片材料，以形成液膜的向下流動(dòng)所用的垂直通道；第一入口和出口裝置，以分別將所述第一流體引入所述第一通道并且從中排出；第二入口裝置，用來(lái)將作為液體的所述第二流體引入所述第二通道中；位于所述垂直通道上方并且在所述第二通道中的至少兩段，分別容納第二和第三瓦楞形翅片材料；所述第二瓦楞形翅片材料位于所述第三瓦楞形翅片材料上方；所述第三瓦楞形翅片材料具有比所述第二瓦楞形翅片材料高的瓦楞密度，并且小于所述第一瓦楞形翅片材料，以將所述液膜分配到位于所述第二通道中的所述垂直通道內(nèi)；以及第二出口裝置，用來(lái)在已與所述第一流體進(jìn)行間接熱交換之后，將所述第二流體從所述第二通道排出。
10.如權(quán)利要求9所述的熱交換器，其特征在于，所述出口裝置包括在所述熱交換器底部打開的所述第二通道。
11.如權(quán)利要求10所述的熱交換器，其特征在于，各個(gè)所述第一入口和出口裝置包括一集合管，將所述第一流體分配到所述第一通道中以及水平地引導(dǎo)所述第一流體的水平方向瓦楞形翅片材料和傾斜的瓦楞形翅片材料以幫助所述第一流體從水平流體折返到垂直流動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11所述的熱交換器，其特征在于，所述管壁包括多個(gè)隔開的板。
13.如權(quán)利要求9所述的熱交換器，其特征在于，還包括位于所述第二和第三瓦楞形翅片材料之間的第四瓦楞形翅片材料，其密度介于所述第二和第三瓦楞形翅片材料之間。
全文摘要
一種用來(lái)在第一和第二種流體之間進(jìn)行熱交換的熱交換器。在交替的第一和第二管壁之間形成有多個(gè)垂直方向的通道。第一和第二通道用來(lái)將第一和第二種流體帶入熱傳遞關(guān)系。為此，第一通道具有一入口和一出口，如用來(lái)使氮?dú)膺M(jìn)入第一通道的頂部，并將冷凝的氮從第一通道的底部排出。設(shè)有一入口以將第二種流體引入第二通道。作為液體的第二種流體在第二通道中至少部分地汽化。由液體構(gòu)成的液膜通過(guò)開槽分配隔板結(jié)構(gòu)分配在第二通道中，該分配隔板沿著長(zhǎng)度方向具有交錯(cuò)的槽以將液體推到形成通道的管壁上。另外，代替分配隔板結(jié)構(gòu)，可設(shè)置一多區(qū)域的瓦楞形翅片材料結(jié)構(gòu)以在第二通道中進(jìn)行液膜分配。
文檔編號(hào)F25J3/00GK1165286SQ9710244
公開日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1997年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月18日
發(fā)明者波爾·A·斯威尼, 文卡塔·納塔拉詹 申請(qǐng)人:波克股份有限公司